插裝閥先導控制級集成設計研究

0插裝閥的結構20世紀70年代初，基于“安裝孔”的新元件開始了，該元件覆蓋了壓力、流量、方向和比例。插裝閥具有結構緊湊、工藝性好、流動阻力小、通流能力大、響應快、抗污染能力強、效率高、工作可靠、壽命長、密封性好、適用于水基介質、具有多種機能、變型方便等優點由于插裝閥技術的核心是采用先導控制方式,因此除了選擇合適結構和尺寸的主級插裝閥外,選擇符合控制要求、結構簡單的先導控制元件尤為重要根據WBacker教授所提出的“液阻理論”1制級狀態分析由于插裝閥的控制對象是執行元件的“受控容腔”,因此對插裝閥先導控制級的狀態分析是基于“受控容腔”的數量進行的。常見的執行元件主要單容腔(單作用油缸、單向馬達等)和雙容腔(雙作用油缸、雙向馬達等)的形式,因此可以針對這兩種不同類型的執行元件進行分析。1.1失電狀態s根據“液阻理論”,單容腔的執行元件最多需要兩個插裝閥(“液阻”)來控制;也就是說,兩個電磁鐵即可實現對單容腔執行元件的控制。圖1所示為基于插裝閥的單容腔執行元件液壓系統示意圖。定義電磁鐵得電狀態為“1”、失電狀態為“0”,則圖中的兩個電磁鐵1YA和2YA的得失電狀態可以用一個二位二進制數S(S的取值集合為{00,01,10,11})表示。(1)S電磁鐵1YA和2YA均處于失電狀態,此時,插裝閥1和2均由于其控制腔與高壓油源相連而閉合。執行元件的受控容腔A處于閉鎖狀態,且系統不卸荷。(2)S電磁鐵1YA處于失電狀態,電磁鐵2YA處于得電狀態,此時插裝閥1由于其控制腔與高壓油源相連而關閉,插裝閥2由于其控制腔與油箱相連而打開。執行元件的受控容腔A與高壓油源連通,執行元件處于工作狀態,且系統不卸荷。(3)S電磁鐵1YA處于得電狀態,電磁鐵2YA處于失電狀態,此時插裝閥1由于其控制腔與油箱相連而打開,插裝閥2由于其控制腔與高壓油源相連而關閉。執行元件的受控容腔A與油箱相連,執行元件由于彈簧作用而回退,且系統不卸荷。(4)S電磁鐵1YA和2YA均處于得電狀態,此時插裝閥1和插裝閥2均由于其控制腔與油箱相連而打開。執行元件的受控容腔A與高壓油源和油箱同時連通,且系統卸荷。S的4種狀態下,執行元件的受控容腔、油源和油箱三者的等效連接形式及其功能分析,如表1所示。1.2個插裝閥控制與單容腔執行元件類似,雙容腔執行元件的受控容腔最多需要4個插裝閥即可實現對其的全部控制。圖2所示為基于插裝閥的雙容腔執行元件液壓系統示意圖。圖中電磁鐵的得電狀態在理論上有2根據小節1.1的分析方法可以得到,在雙容腔執行元件的22插裝閥與采用二元電磁閥匹配在實際液壓系統中,先導控制級狀態并不完全需要,往往只用到其中的幾種;如果采用插裝閥與二位三通電磁閥1∶1匹配的形式,則必然增加液壓系統的成本和控制的復雜程度。因此,對插裝閥先導控制級的集成將為液壓系統的低成本和高效性增加優勢。2.1控制裝置結構的控制表1中的插裝閥先導控制級4種狀態S(1)ST=0110液壓系統需要實現執行元件正常工作和回退兩種狀態。圖2所示液壓系統中,插裝閥1和2的控制腔交替與油箱和油源相連,四個液壓油口的連接方式可以通過一個二位四通電磁閥即可實現。(2)ST=0111液壓系統的控制要求除了執行元件的正常工作和回退功能之外,還包括平穩啟動或提供工作壓力限制保護。圖2所示液壓系統中插裝閥1和2的控制腔交替與油源、油箱相連外,還需要存在同時與油源相連的狀態。因此可以通過一個“Y”型中位機能的三位四通電磁閥實現四個液壓油口的連接形式。(3)ST=1110液壓系統的控制要求除了執行元件的正常工作和回退功能之外,還包括執行元件在任意位置閉鎖。圖2所示液壓系統中插裝閥1和2的控制腔交替與油源、油箱相連外,還需要存在同時與油箱相連的狀態。因此可以通過一個“P”型中位機能的三位四通電磁閥實現4個液壓油口的連接形式。根據上述分析方式,可以得出實際工程應用中常見的單容腔執行元件液壓系統二通插裝閥先導控制級狀態及其對應的集成形式,如表3所示。2.2帶控制腔的采用二次進入功能與單容腔執行元件類似,雙容腔執行元件的液壓系統先導控制級也可以進行集成。表2中的插裝閥先導控制級狀態S(1)ST=044液壓系統需要實現圖3所示液壓系統中執行元件的雙向移動。此時插裝閥1和3同時開閉、插裝閥2和4同時開閉,且兩組插裝閥交替開閉。則插裝閥1、3和插裝閥2、4的控制腔與液壓油源及油箱交替連接,只需要一個二位四通電磁閥即可實現6個油口的連接形式。(2)ST=045液壓系統除了需要實現圖3所示液壓系統執行元件的雙向作用,還要提供活塞可自由浮動的狀態。此時除了插裝閥1、3和插裝閥2、4的控制腔與液壓油源及油箱交替連接,還需要提供插裝閥1、2、3和4全開的狀態。分析可知,“Y”型中位機能的三位四通電磁閥可以在中位時提供4個插裝閥全開的狀態,滿足控制要求。根據上述分析方式,可以得出實際工程應用中常見的雙容腔執行元件液壓系統二通插裝閥先導控制級狀態及其對應的集成形式,如表4所示。3插裝閥液壓系統原理注塑機液壓系統是工程應用中較為典型的液壓系統,以SZ-250A型注塑機為例,它具有合模缸、頂出缸、注塑座移動缸、注射缸和預塑液壓馬達5個執行元件。其中,合模缸是注塑機工作過程中最為重要的執行元件之一,圖3所示為SZ-250A注塑機的合模缸插裝閥液壓系統原理圖。注塑機的一般工作流程包括合模、注射座前進、注射、保壓、冷卻(預塑)、注塑座后退、開模、頂出制品、頂出缸后退等比較表5中電磁鐵狀態可以發現,16個工序的電磁鐵狀態只有3種形式,即“0101”、“1001”、“1010”,分別對應表3中的S根據圖4所示液壓系統,可以得出在注塑機的各個工序中合模缸液壓系統先導控制級電磁鐵狀態,如表6所示。比較表5和表6可以發現,經過先導控制級集成后的液壓系統的控制復雜程度和成本都得到了大幅度降低。4先導控制級集成形式插裝閥先導控制級的集成可以實現降低液壓系統成本和控制復雜程度,在未來液壓技術中有著很好的發展前景。研究所有可能的插裝閥先導控制級集成形式,并制作先導控制級集成形式數據庫,將為液壓系統智能設計工具的開發提供可